平衡阀、液压缸控制系统、起重机及其下放伺服控制方法技术方案

本发明专利技术涉及平衡阀，其包括伺服作动阀杆(5)和增益调节控制活塞(1c)，该伺服作动阀杆在开闭通流口部位(S3)形成有第一液压作用面(S1)以承受朝向主弹簧腔(6)的轴向液压作用力，且该伺服作动阀杆还具有暴露于第二油腔(8)或与该第二油腔连通的油腔的第二液压作用面(S2)，以承受朝向活塞腔(12)的轴向液压作用力，其中第一液压作用面(S1)与第二液压作用面(S2)的轴向有效受压面积(S1a，S2a)相等。此外，本发明专利技术还公开了一种液压缸控制系统、起重机及其下放伺服控制方法。本发明专利技术采用特殊的阀芯结构及控制方式，使平衡阀可根据控制信号实现伺服控制调整，提高起重机变幅下放速度的均匀性，改善了变幅下放的操控性。

Balance valve, hydraulic cylinder control system, crane and its lowering servo control method

【技术实现步骤摘要】
平衡阀、液压缸控制系统、起重机及其下放伺服控制方法
本专利技术涉及一种液压阀，具体地，涉及一种液控伺服式平衡阀。此外，本专利技术还涉及一种液压缸控制系统以及起重机。进一步地，本专利技术涉及一种起重机自重下放伺服控制方法。
技术介绍
随着工程机械的飞速发展，用户在操纵工程机械(例如起重机)作业时，对工程机械工作的平稳性、可控性要求越来越高。工程机械设备上一般采用平衡阀实现工作机构动作的平稳性，但是实际工况使用中普遍存在使用效果不理想的问题。例如，起重机液压系统中采用的自重下放平衡阀，在起重机进行倒变幅操作时，其随着倒变幅角度变小，负载(无杆腔压力)逐渐增大，变幅速度逐渐加快，下放均匀性和微动性均较差。一般而言，常规的平衡阀通常采用顺序阀与单向阀并联的液压连接结构，其中单向阀的正向端口与顺序阀的输出端口连通，单向阀的反向端口与顺序阀的输入端口连通。工程机械中使用的平衡阀，一般专门进行密封结构、阻尼结构等进行设计，以增强工作机构动作的平稳性。中国技术专利CN203856793U公开了一种平衡阀，参见图1所示，变幅下降时，控制活塞6在控制端口X处的油压作用下向主弹簧腔3方向移动，会推动副阀芯8也向主弹簧腔3方向滑动，使副阀芯8与主阀芯7间的密封接触被打开，同时，副阀芯8上的节流槽被主阀芯7封闭，主弹簧腔3内的液压油通过形成在副阀芯8上的内部油道20流向A口(油腔2)，从而使主弹簧腔3内油压降低，主阀芯7向主弹簧腔3方向滑动，此时，无杆腔经B口(油腔4)内的液压油沿主副阀芯运动相反的方向，通过节流槽13’向A口(油腔2)流动，无杆腔油液经A口回流至油箱。这些现有类型的平衡阀，采用主阀芯和副阀芯结构形式，其活塞侧与阀芯侧均设置弹簧，主阀芯与副阀芯、主阀芯与阀套之间均采用锥面尖角密封，密封结构复杂，而且主阀芯上的节流槽形状也很复杂，导致加工困难，极大地增加了加工和设备成本。尤其是，这种现有类型的平衡阀，在工程机械设备的操作系统给定控制信号后，副阀芯不能有效的进行位置调整，从而导致主阀芯位置不能及时随动调整，这种控制结构缺点最终导致液压缸回缩速度无法获得有效平稳精确的控制，例如起重机变幅油缸下降速度不能有效得到控制，在起重机进行变幅操作时，其随着倒变幅角度变小，负载(无杆腔压力)逐渐增大，变幅速度逐渐加快，下放均匀性和微动性均较差。本领域技术人员虽然一直致力于改善这一技术难题，例如中国技术专利CN203627327U尝试在阻尼结构上进行完善设计，但是始终无法比较完善地解决上述技术难题。有鉴于此，需要设计一种能够克服上述技术难题、有效解决或缓解上述技术缺陷的平衡阀。
技术实现思路
本专利技术所要解决的基本技术问题是要提供一种平衡阀，该平衡阀能够根据液压控制信号实现阀杆的伺服自适应调整，从而能够提高液压工作机构的速度均匀性，改善操控稳定性。进一步地，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种液压缸控制系统，该液压缸控制系统工作油路上的平衡阀能够实现伺服自适应调整，从而能够提高液压缸工作速度的均匀性，改善操控稳定性。此外，本专利技术还要解决的技术问题是提供一种起重机，该起重机的变幅液压缸控制系统工作油路上的平衡阀能够根据液压控制信号实现阀杆的伺服自适应调整，从而提高起重机变幅下放速度的均匀性，改善变幅下放的操控稳定性。配套地，本专利技术另外要解决的技术问题是提供一种起重机自重下放伺服控制方法，其能够改善起重机倒变幅操作的平稳性和速度均匀性。为了解决上述技术问题，本专利技术首先提供一种平衡阀，包括形成有第一端口和第二端口的阀体模块，其中，该平衡阀还包括：伺服作动阀杆，其能够滑动地容纳在所述阀体模块的中空腔内并在该中空腔内分隔出位于该伺服作动阀杆轴向一端的主弹簧腔以及轴向间隔分布且各自沿该伺服作动阀杆周向形成的第一油腔和第二油腔，其中所述第一油腔与所述第一端口连通，所述第二油腔与所述第二端口连通，所述主弹簧腔内设有用于对所述伺服作动阀杆的所述轴向一端施加预置弹性推力的主弹簧；以及增益调节控制活塞，其容纳在处于所述伺服作动阀杆轴向另一端的活塞腔内，并能够在所述平衡阀的液控端口引入的液控油驱动下推压所述伺服作动阀杆朝向所述主弹簧腔运动，以使得所述第一油腔与所述第二油腔连通；其中，所述伺服作动阀杆在对应于所述第一油腔和第二油腔的开闭通流口部位形成有第一液压作用面，该第一液压作用面能够在所述伺服作动阀杆移动使得所述第一油腔与所述第二油腔连通过程中逐渐暴露而承受朝向所述主弹簧腔的轴向液压作用力；以及该伺服作动阀杆还形成有第二液压作用面，该第二液压作用面暴露于所述第二油腔或与该第二油腔连通的油腔，以能够承受朝向所述活塞腔的轴向液压作用力，且所述第一液压作用面的轴向有效受压面积与所述第二液压作用面的轴向有效受压面积相等。优选地，所述阀体模块上沿所述伺服作动阀杆周向还形成有负载反馈油腔，该负载反馈油腔通过形成在所述阀体模块上的负载反馈油道与所述第二油腔相互连通，所述第二液压作用面暴露于所述负载反馈油腔。具体地，所述主弹簧腔设有弹簧施压座，所述主弹簧安装在所述弹簧施压座与端盖弹簧座之间，所述主弹簧通过所述弹簧施压座对所述伺服作动阀杆的所述轴向一端施加弹性力。优选地，所述增益调节控制活塞、所述伺服作动阀杆以及所述弹簧施压座的轴向中心位置形成有贯通的中心油道，各个所述中心油道在所述增益调节控制活塞、所述伺服作动阀杆和所述弹簧施压座相互抵压时彼此衔接而形成为液控油的回油通道。优选地，所述增益调节控制活塞的中心油道内设有分压阻尼结构。典型地，所述阀体模块内集成有溢流阀，该溢流阀的进油口与所述第一端口连通，出油口与所述第二端口连通。典型地，所述阀体模块包括阀块本体和阀套，所述阀套衬设在所述中空腔内。优选地，所述增益调节控制活塞将所述活塞腔分成液控腔和活动腔，所述伺服作动阀杆的所述轴向另一端伸入所述活动腔，所述液控口与所述液控腔连通。更优选地，所述液控口与所述液控腔之间的连通油道上设有进油阻尼结构。作为一种更优选的实施方案，所述平衡阀还包括设置在所述阀体模块上的补偿能力控制阀，该补偿能力控制阀包括能够滑动地设置在补偿活塞腔内的补偿控制活塞，所述补偿控制活塞将所述补偿活塞腔分成液压作用腔和补偿弹簧腔，所述液压作用腔与所述液控腔连通，所述补偿弹簧腔内设置有能够调节弹力的补偿控制弹簧，所述补偿控制弹簧预置为对所述补偿控制活塞施加弹力，所述补偿控制活塞的外周上设有止挡凸缘，所述补偿活塞腔的内周面上设有环周台阶，所述止挡凸缘与环周台阶在所述补偿控制活塞运动到位时能够相互止挡以限定所述补偿控制活塞的运动行程。进一步优选地，所述补偿控制活塞内形成有轴向中心油道，所述补偿控制弹簧套设在弹簧推座并通过该弹簧推座的分叉端对所述补偿控制活塞的端面施加弹性推力，所述分叉端的叉口与所述补偿控制活塞的端面之间设有封堵所述轴向中心油道的端口的密封球。具体地，所述补偿活塞腔的设有所述环周台阶的区段的内径大于所述液压作用腔和补偿弹簧腔，从而形成为所述止挡凸缘的凸缘部运动腔，该凸缘部运动腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.平衡阀，包括形成有第一端口(A)和第二端口(B)的阀体模块(2)，其中，该平衡阀还包括：/n伺服作动阀杆(5)，其能够滑动地容纳在所述阀体模块(2)的中空腔内并在该中空腔内分隔出位于该伺服作动阀杆(5)轴向一端的主弹簧腔(6)以及轴向间隔分布且各自沿该伺服作动阀杆(5)周向形成的第一油腔(7)和第二油腔(8)，其中所述第一油腔(7)与所述第一端口(A)连通，所述第二油腔(8)与所述第二端口(B)连通，所述主弹簧腔(6)内设有用于对所述伺服作动阀杆(5)的所述轴向一端施加预置弹性推力的主弹簧(3)；以及增益调节控制活塞(1c)，其容纳在处于所述伺服作动阀杆(5)轴向另一端的活塞腔(12)内，并能够在所述平衡阀的液控端口(X)引入的液控油驱动下推压所述伺服作动阀杆(5)朝向所述主弹簧腔(6)运动，以使得所述第一油腔(7)与所述第二油腔(8)连通；/n其中，所述伺服作动阀杆(5)在对应于所述第一油腔(7)和第二油腔(8)的开闭通流口部位(S3)形成有第一液压作用面(S1)，该第一液压作用面(S1)能够在所述伺服作动阀杆(5)移动使得所述第一油腔(7)与所述第二油腔(8)连通过程中逐渐暴露而承受朝向所述主弹簧腔(6)的轴向液压作用力；以及该伺服作动阀杆(5)还形成有第二液压作用面(S2)，该第二液压作用面(S2)暴露于所述第二油腔(8)或与该第二油腔连通的油腔，以能够承受朝向所述活塞腔(12)的轴向液压作用力，且所述第一液压作用面(S1)的轴向有效受压面积(S1a)与所述第二液压作用面(S2)的轴向有效受压面积(S2a)相等。/n...

【技术特征摘要】
1.平衡阀，包括形成有第一端口(A)和第二端口(B)的阀体模块(2)，其中，该平衡阀还包括：
伺服作动阀杆(5)，其能够滑动地容纳在所述阀体模块(2)的中空腔内并在该中空腔内分隔出位于该伺服作动阀杆(5)轴向一端的主弹簧腔(6)以及轴向间隔分布且各自沿该伺服作动阀杆(5)周向形成的第一油腔(7)和第二油腔(8)，其中所述第一油腔(7)与所述第一端口(A)连通，所述第二油腔(8)与所述第二端口(B)连通，所述主弹簧腔(6)内设有用于对所述伺服作动阀杆(5)的所述轴向一端施加预置弹性推力的主弹簧(3)；以及增益调节控制活塞(1c)，其容纳在处于所述伺服作动阀杆(5)轴向另一端的活塞腔(12)内，并能够在所述平衡阀的液控端口(X)引入的液控油驱动下推压所述伺服作动阀杆(5)朝向所述主弹簧腔(6)运动，以使得所述第一油腔(7)与所述第二油腔(8)连通；
其中，所述伺服作动阀杆(5)在对应于所述第一油腔(7)和第二油腔(8)的开闭通流口部位(S3)形成有第一液压作用面(S1)，该第一液压作用面(S1)能够在所述伺服作动阀杆(5)移动使得所述第一油腔(7)与所述第二油腔(8)连通过程中逐渐暴露而承受朝向所述主弹簧腔(6)的轴向液压作用力；以及该伺服作动阀杆(5)还形成有第二液压作用面(S2)，该第二液压作用面(S2)暴露于所述第二油腔(8)或与该第二油腔连通的油腔，以能够承受朝向所述活塞腔(12)的轴向液压作用力，且所述第一液压作用面(S1)的轴向有效受压面积(S1a)与所述第二液压作用面(S2)的轴向有效受压面积(S2a)相等。


2.根据权利要求1所述的平衡阀，其中，所述阀体模块(2)上沿所述伺服作动阀杆(5)周向还形成有负载反馈油腔(9)，该负载反馈油腔(9)通过形成在所述阀体模块(2)上的负载反馈油道(Ls)与所述第二油腔(8)相互连通，所述第二液压作用面(S2)暴露于所述负载反馈油腔(9)。


3.根据权利要求1所述的平衡阀，其中，所述主弹簧腔(6)设有弹簧施压座(4)，所述主弹簧(3)安装在所述弹簧施压座(4)与端盖弹簧座之间，所述主弹簧(3)通过所述弹簧施压座(4)对所述伺服作动阀杆(5)的所述轴向一端施加弹性力。


4.根据权利要求3所述的平衡阀，其中，所述增益调节控制活塞(1c)、所述伺服作动阀杆(5)以及所述弹簧施压座(4)的轴向中心位置形成有贯通的中心油道(10a,10b,10c)，各个所述中心油道(10a,10b,10c)在所述增益调节控制活塞(1c)、所述伺服作动阀杆(5)和所述弹簧施压座(4)相互抵压时彼此衔接而形成为液控油的回油通道。


5.根据权利要求1所述的平衡阀，其中，所述增益调节控制活塞(1c)的中心油道(10a)内设有分压阻尼结构(1b)。


6.根据权利要求1所述的平衡阀，其中，所述阀体模块(2)内集成有溢流阀(11)，该溢流阀(11)的进油口与所述第一端口(A)连通，出油口与所述第二端口(B)连通。


7.根据权利要求1所述的平衡阀，其中，所述阀体模块(2)包括阀块本体(2a)和阀套(2b)，所述阀套(2b)衬设在所述中空腔内。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的平衡阀，其中，所述增益调节控制活塞(1c)将所述活塞腔(12)分成液控腔(12a)和活动腔(12b)，所述伺服作动阀杆(5)的所述轴向另一端伸入所述活动腔(12b)，所述液控口(X)与所述液控腔(12a)连通。


9.根据权利要求8所述的平衡阀，其中，所述液控口(X)与所述液控腔(12a)之间的连通油道上设有进油阻尼结构(1a)。


10.根据权利要求8所述的平衡阀，其中，所述平衡阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏洪昌，杨红，胡娟，林伟，夏丹枫，
申请(专利权)人：常德中联重科液压有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43